[发明专利]一种基于加密传输和无线携能的通信方法和系统

摘要

本发明公开了一种基于加密传输和无线携能的通信方法和系统，属于无线通信技术领域。该方法在发送端BS的信号中加入人工附加噪声，在保持主用户链路上的信噪比的前提下，根据信道与人工噪声的正交性，采用波束成形技术，使得窃听链路的信噪比降低，从而使得系统的加密传输速率增大，提升了信息传输的安全性；在接入端采用基于时隙切换的动态功率分配方法，利用时隙的切换将一部分信号用作能量采集，另一部分信号用于信息交互，实现能量与信息的同时传输，并将用户从基站中接收到的一部分信号进行能量收集，将该部分信号转化成化学能储存在电池中，以满足该用户节点运作的动力所需；同时，本方法针对实际信道信息的不完整特性，采用范数逼近的有损方案，使得系统装置具有在不完美信道环境中运行的可能性，从而增强了系统的鲁棒性。 1

主权项

1.一种基于加密传输和无线携能的通信方法，其特征在于：

所述通信方法在发送端基站BS的信号中加入人工附加噪声，在保持主用户链路上的信噪比的前提下，根据信道与人工噪声的正交性，采用波束成形技术，使得窃听链路的信噪比降低，从而使得系统的加密传输速率增大，最后提升信息传输的安全性；

在接入端用户处采用基于时隙切换的动态功率分配方法，利用时隙的切换将一部分信号用作能量采集，另一部分信号用于信息交互，实现能量与信息的同时传输；在接入端用户处对能量进行采集，将用户从基站中接收到的一部分信号进行能量收集，并将该部分信号转化成化学能储存在电池中，以满足该用户节点运作的动力所需；

在所述通信方法中还针对实际信道信息的不完整特性，采用范数逼近不完美信道模型的方法,并充分利用信道中已知的静态信息，获得二次型分离算子，从而得到系统参数矩阵，同时，对信道描述矩阵进行解耦，改写系统模型的约束条件，使得装置在不完美信道的情形下也具有运行的适应性，从而增强了系统的鲁棒性；

具体地，在具有鲁棒性的环境中，发送端具有对主链路User完整信道链路信息，而对窃听用户却只有不完整的信息，数学表达如下：

g_k表示不完整信息的表达式，是已知的第k条窃听链路上的信道静态信息，Δg_k为该链路上的未知信息量，ε_k为Δg_k的变化幅度，Δg_k^H表示Δg_k的转置；

具有鲁棒性的优化模型如下：

s.t.T(S,t,γ₂)≥0,

Tr(S)+Tr(Q)≤P

其中，表示用户收到的有用信号的功率；表示用户收到的能量干扰信号的功率；Tr(S)＝|v₀|²，表示有用信号的发射功率；表示能量干扰信号的发射功率，H＝hh^H，为信道矩阵；h表示主链路用户的信道，v₀和w_i分别表示信息流向量和第i个链路上的能量流向量；σ₀为主链路信道上的高斯白噪声功率谱密度，δ₀为主用户在经过动态功率分配之后信息解码过程中的高斯白噪声功率谱密度，ρ表示动态功率分配装置中信号在信息传输和能量收集之间的分配系数，γ₂为窃听链路上接收端信噪比的阈值，e²表示所需要吸收的最小能量值，P表示基站的最大发射功率，η为能量采集到能量储存的转换效率；

T(S,t,γ₂)为该链路信道的二次型分离算子，T(S,t,γ₂)表示如下：

该优化问题，有由经典的二分法或黄金分割法，利用CVX_TOOLBOX解出最优解；其中，表示Nt*Nt的单位矩阵，表示的转置，t为一个变量。